戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境傳感信息的可視化研究

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，高科技技術(shù)有著重要應(yīng)用，如紅外成像制導(dǎo)技術(shù)、合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)、紅外成像技術(shù)等在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著重要作用。自20世紀(jì)下半葉，基于雷達(dá)、紅外、地磁、可見光等多傳感器的傳感信息的航空航天遙測(cè)遙感技術(shù)的快速發(fā)展，為現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)提出了新的要求，要求地理信息系統(tǒng)不僅攜帶地理位置、地貌特征數(shù)據(jù)，而且具有傳感信息數(shù)據(jù)。直接利用地面的傳感信息進(jìn)行遙測(cè)遙感研究和作戰(zhàn)武器性能的實(shí)戰(zhàn)演練研究，有許多不足之處：要耗費(fèi)大量的資金和軍用物資，研制周期長，安全性差，而且很難在實(shí)戰(zhàn)演習(xí)條件下改變狀態(tài)，因此有必要利用可視化仿真技術(shù)進(jìn)行研究。然而現(xiàn)階段，國內(nèi)外的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真技術(shù)大多是對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境及作戰(zhàn)過程的仿真，對(duì)利用傳感信息進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的可視化仿真研究不多?；诖耍疚奶岢隽艘环N利用傳感信息對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行仿真研究的方法。

1 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的傳感信息

航天航空平臺(tái)能裝載多種特征的遙感傳感器，如雷達(dá)、可見光、紅外、地磁等。這些平臺(tái)綜合利用多種傳感信息進(jìn)行融合效果分析，能夠更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)、識(shí)別和描繪地面的實(shí)體目標(biāo)特征。在這些航天航空平臺(tái)中，星載、機(jī)載成像雷達(dá)和紅外成像系統(tǒng)就是一個(gè)很重要的應(yīng)用。成像雷達(dá)主要包括合成孔徑雷達(dá)、實(shí)孔徑陣列成像雷達(dá)、逆合成孔徑雷達(dá)等，合成孔徑雷達(dá)的主要應(yīng)用是發(fā)現(xiàn)和識(shí)別軍事目標(biāo)，如作戰(zhàn)飛機(jī)、坦克群，機(jī)場(chǎng)和停機(jī)坪，各種車輛、橋梁、鐵路、公路、堤壩和各種軍事建筑物等。另外目前SAR正在向多頻段、多極化、變?nèi)肷浣?、多模式方向發(fā)展，即使被偽裝或隱藏起來的軍事目標(biāo)，SAR照樣可以發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)。紅外成像在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的重要應(yīng)用之一是紅外成像制導(dǎo)，紅外成像制導(dǎo)是當(dāng)今最先進(jìn)的紅外制導(dǎo)方式之一，由于其目標(biāo)識(shí)別能力強(qiáng)，因而成為當(dāng)今精確制導(dǎo)武器的一大發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)在紅外導(dǎo)引頭的研制測(cè)試過程中，紅外圖像的獲取是十分重要的。然而通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍得到的圖像有很大的局限性，首先很難獲得各種氣象條件下的紅外圖像，另外許多軍事目標(biāo)的紅外圖像也是無法拍到的，而且外場(chǎng)拍攝要耗費(fèi)很長的時(shí)間和大量的人力物力。紅外景象仿真技術(shù)可以很好地解決這些問題，其優(yōu)點(diǎn)是有效、完備、經(jīng)濟(jì)、安全。因此很有必要利用現(xiàn)代快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行成像仿真研究。從合成孔徑雷達(dá)成像和紅外成像的機(jī)理可知，要進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)的SAR成像和紅外成像仿真，就要建立相應(yīng)的傳感信息源，即建立與真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境所對(duì)應(yīng)的地物、軍事目標(biāo)、建筑物的物理屬性數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)合成孔徑雷達(dá)成像仿真機(jī)理和紅外成像仿真機(jī)理可知，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境傳感信息與環(huán)境中的背景、軍事目標(biāo)、建筑物的表面紋理材質(zhì)的物理屬性有關(guān)。合成孔徑雷達(dá)成像利用材料對(duì)電磁波的散射特性數(shù)據(jù)，即雷達(dá)散射截面(RCS)。自然場(chǎng)景的RCS是其后向散射系數(shù)的函數(shù)，人造物體的RCS是入射電磁波的頻率、極化方式、入射角、反射角的函數(shù)。因此SAR成像仿真的傳感信息是場(chǎng)景及三維模型實(shí)體的雷達(dá)散射截面，為了仿真需求，必須建立場(chǎng)景中紋理材料的后向散射系數(shù)數(shù)據(jù)和入射到三維實(shí)體模型的表面的電磁波的頻率、極化方式、入射角和反射角數(shù)據(jù)。紅外成像利用材料的物理屬性數(shù)據(jù)和空間中大氣的傳輸特性數(shù)據(jù)，如紋理材料的光譜吸收率、反射率、熱特性、大氣的輻射、大氣對(duì)紅外輻射的衰減等。紅外成像仿真的關(guān)鍵是確定物體表面的溫度分布和輻射場(chǎng)，通過溫度場(chǎng)來計(jì)算各點(diǎn)的紅外輻射。

2 戰(zhàn)場(chǎng)傳感信息集成

戰(zhàn)場(chǎng)傳感信息集成，就是建立戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境傳感信息的數(shù)據(jù)庫。建立傳感信息數(shù)據(jù)庫，與建立一般仿真所需的數(shù)據(jù)庫不同。數(shù)據(jù)庫中材料的物理屬性必須與真實(shí)材料的物理屬性相同。Vega軟件提供了150多種材料的物理屬性數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)庫文件(.mtl)是二進(jìn)制文件，利用Vega自帶的工具spabba可以把文件轉(zhuǎn)換成ASCII文件，可以使使用者編輯和修改數(shù)據(jù)庫文件。使用者也可以創(chuàng)建自己的材料數(shù)據(jù)庫文件。下面是一個(gè)紋理材料文件的例子：

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